Dobór cewki - teoria

Cewka zielona

 Urządzenia takie jak freePEMF czy multiZAP powodują poddanie organizmu działaniu pulsującego pola elektromagnetycznego niskiej częstotliwości wytwarzanego przez przepływający prąd w cewce. Nazywamy to magnetostymulacją (indukcja pola magnetycznego do 100 uT - mikrotesli - patrz niżej) lub magnetotreapią (powyżej 100 uT). Pole elektromagnetyczne najłatwiej jest opisać jako układ dwóch pól: pola elektrycznego i pola magnetycznego. Obrazuje to rysunek poniżej:

Składowe pola elektromagnetycznego

E - natężenie pola elektrycznego,

B - indukcja magnetyczna.

Dobierając cewkę interesować nas będzie przede wszystkim pole magnetyczne. Podstawową wielkością fizyczną opisującą to pole jest indukcja magnetyczna czyli, mówiąc prościej, po prostu jego intensywność. Dlatego też cewkę do terapii należy dobierać według następujących kryteriów:

  • wytwarzanego strumienia indukcji magnetycznej,
  • wielkości konstrukcyjnej uwzględniającej gabaryty wybranej części ciała.

Do terapii stosować będziemy typowe, podstawowe cewki:

Podstawowe cewki
Oznaczenie Rezystancja [om] Liczba zwojów   Promień cewki [cm] Średnica drutu [mm] Indukcja w impulsie [uT] Indukcja RMS [uT] Moc RMS [W]
Zielona 50 44 12 0,12 55,3 27,7 1,45
Czerwona 12 79 10 0,3 493 246 6
Żółta (specjalna) 6 13 8 0,15 193 96 12
Pomarańczowa (bez karimaty) 9,4 102/204 10 / 5 0,4 877 / 3500 438/1750 7,6
Niebieska (bez karimaty) 8,6 240 5 0,45 4400 2200 8,4

Do większość terapii publikowanych na stronie podawana jest informacja odnośnie koloru cewki, którą należy do tej terapii zastosować. Przy tworzeniu własnych terapii wartość indukcji należy dobrać samemu. To trochę tak, jak z doborem odpowiedniej dawki leku. Pomocne przy tym zagadnieniu mogą być badania, które przeprowadził fizyk dr William Ross Adey. Odkrył on, że system biologiczny zareaguje tylko na konkretne częstotliwości fal, które posiadają ściśle określony, ultrasłaby zakres intensywności (czyli indukcji magnetycznej). Takie określone parametry pola magnetycznego nazywamy "oknami Adey'a". Przypuszcza się, że parametry pola magnetycznego, na które zareaguje dany organizm mogą być różne dla różnych osób dlatego źle dobrane terapie nie zawsze przynoszą spodziewane efekty.

Indukcja magnetyczna/strumień indukcji magnetycznej

Indukcja magnetyczna wytwarzana przez urządzenie jest regulowana przez zastosowanie odpowiedniej cewki lub zestawu cewek w postaci maty. Cewki można łączyć szeregowo lub równolegle pamiętając, że minimalna rezystancja całkowita nie może być mniejsza niż 6 om.

Biorąc pod uwagę prawo Ohma (I=U/R) teoretyczna stała składowa indukcji magnetycznej w środku cewki podczas impulsu wynika ze wzoru (1):

(1)   Wzór 1

gdzie:

B – Indukcja magnetyczna [T];
µ – przenikalność magnetyczna. Dla powietrza wynosi 4*π *10-7 [H/m]
n – liczba zwojów cewki 
U – Napięcie zasilania cewki uzyskiwane z układu sterującego. W impulsie wynosi 12 [V]
r – promień cewki [m]
R – rezystancja cewki [om]

Schemat1

Każdą cewkę płaską można opisać przez następujące parametry:

  • rezystancja – można zmierzyć multimetrem,
  • średnica drutu miedzianego który posłużył do nawinięcia – zmierzyć suwmiarką,
  • średnica lub promień cewki – do zmierzenia linijką,
  • liczba zwojów – do policzenia z wykorzystaniem lupy i wykałaczki.

 

Przykład 1 (cewka zielona)

Rezystancja cewki o promieniu 12cm wynosi 50om, a liczba zwojów 44. Cewkę nawinięto  drutem miedzianym o średnicy d=0,12mm.

Podstawiając do wzoru (1):

Wzór 2

Indukcja magnetyczna wynosi 55,3 uT (mikro-Tesli) w środku cewki. Mnożąc wynik przez 104 uzyskujemy wynik w Gausach: 0,553 Gs. To są wartości teoretyczne i w rzeczywistości indukcja magnetyczna jest mniejsza. Należy także pamiętać, że pole magnetyczne słabnie z sześcianem odległości od środka cewki do punktu leżącego na jej osi.

 

Uproszczony schemat doboru cewki dla urządzenia free-PEMF

Ponieważ cewka jest zasilana sygnałem prostokątnym o napięciu w impulsie 12 [V] do obliczenia indukcji magnetycznej można zastosować uproszczony wzór (3):

(3)   Wzór 3

d - średnica drutu [mm]

r - promień cewki [cm]

B- indukcja magnetyczna w [uT]

lub wykorzystać poniżą tabelkę:

Tabela 1

Jak widać liczba zwojów n nie ma wpływu na wielkość indukcji B, ponieważ większa liczba zwojów, to większa rezystancja cewki i mniejszy prąd płynący w obwodzie. Należy zwrócić uwagę, że liczba zwojów cewki powinna zapewnić minimalną rezystancję R = 6 [om]. Można posłużyć się poniższymi tabelami w projektowaniu cewki do konkretnej terapii. Im większa liczba zwojów tym mniej urządzenie pobiera energii z akumulatora. Jednak impuls pola elektromagnetycznego narastającego lub opadającego zbocza sygnału wyjściowego będzie odpowiednio słabszy z uwagi na większą indukcyjność cewki.

Tabela 2

Tabela 3

Tabela 4

Przykład 2 (cewka czerwona):

Cewka o rezystancji 12om, o promieniu r=10cm i 79 zwojach i nawinięta drutem d=0,30mm daje w ustabilizowanym impulsie składową stałą indukcji magnetycznej 493 µT. To jest 0,493 mT czyli niespełna 5 Gs.

 

Autor każdą cewkę opisuje dwoma parametrami: Liczba zwojów, rezystancja. Średnica cewki [m] jest łatwo mierzalnym parametrem. W praktyce wygodnie jest stosować następujący wzór:

(4)   Wzór 4

Należy pamiętać, że obliczone wartości są szczytowe (w impulsie). Do wyliczenia wartości skutecznej RMS należy je pomnożyć przez 50% (0,5) ponieważ tyle wynosi wypełnienie impulsu. Oczywiście to są wartości teoretyczne, a faktyczne są niższe o 10-20%.

Składowa indukcji elektromagnetycznej / strumienia indukcji

Indukcja w czasie narastającego i opadającego zbocza impulsu zależy od:

  • Średnicy cewki (im większa tym mniejsza jest indukcja);
  • Szybkości zmiany prądu płynącego przez cewkę, które zależą od: rezystancji cewki, jej indukcyjności i dobroci, napięcia zasilającego, impedancji układu wykonawczego urządzenia, impedancji przewodów.

Z uwagi na wpływ wielu czynników konstrukcyjnych wartość strumienia indukcji należy ustalić empirycznie poprzez pomiar, na przykład z wykorzystaniem oscyloskopu.

Schemat 2

Taki układ pomiarowy wprowadza błąd ponieważ zwiększa opór obwodu, przez co zmniejsza się płynący w nim prąd i, a także zmniejsza napięcie na cewce z uwagi na spadek napięcia na oporniku. Dla cewek o rezystancji 50 om wpraowadzany błąd jest pomijalny. Dla układów o niskiej impendancji (rezystancji dla prądu zmiennego) wprowadzony błąd przez Rpom dochodzi do 20%.

Sposób podłączenia sond do urządzenia.

Sondy pomiarowe

Wynik pomiarów

Pomiary wykonano dla cewki o promieniu r=8cm, rezystancji R=11om, ilości 14 zwojów. Nawinięto ją drutem o średnicy 0,12mm.

Rpom. = 1 [om] (dokładność 5%)

Żółty wykres pokazuje napięcie na Rpom (uosc.)., a niebieski napięcie na zaciskach urządzenia (piny 2 i 4).

Zgodni z prawem Ohma I=U/R.Stąd I=0,690V/1om czyli I=690mA w impulsie.

Częstotliwość generowana przez free-PEMF wynosi w tym wypadku wynosi 11,78Hz

Pomiar2

 

Zbocze opadające sygnału (ujemna polaryzacja). Widać wzbudzenie układu i generowane impulsy o napięciu rzędu 90[V] Pk-Pk (różnica pomiędzy impulsem dodatnim i ujemnym)

Pomiar3

 

Ponieważ między kratkami oscylogramu ustawiony jest czas 40us to impuls narastający trwa około 10us. Aby dokładniej go zmierzyć należy skrócić stałą czasową..

Pomiar1

Na tym wykresie łatwiej zmierzyć czas narastania zbocza. Wynosi z dużą dokładnością około 12us, przy czym

10us do 560[mA] bo Rpom=1[om], a jedna żółta kratka w pionie wskazuje 200[mV].

Pomiar4